基于STM32的无线WIFI温湿度监测系统

傅少琪 宣鑫璐 郦泱泱 冯家龙 李涛

摘 要：现如今气候越来越不稳定，温湿度的监测也显得尤为重要，因此温湿度检测系统需要进一步的研发与优化。本文主要介绍了基于STM32的无线WIFI温湿度监测系统，该系统以STM32F103单片机为控制器，以温湿度传感器DHT11和无线WIFI收发模块ESP8266为辅助，实现空间温湿度数据的采集与发送。

关键词：温湿度；监测系统；数据采集；无线WIFI

1 总体设计结构

该系统通过温湿度传感器采集空间的温湿度数据，并在STM32F103RCT6单片机中对获取的温湿度数据进行处理。利用无线WIFI收发模块对处理完成的数据进行无线传输，发送至上位机的接收端，并把数据通过串口助手显示在监测界面。

2 系统硬件设计

下位机采用STM32F103RCT6单片机作为系统的主控制器，其中外围电路由电源电路，温湿度传感器，时钟和复位电路以及无线WIFI 数据收发电路组成。该硬件部分主要实现以下功能：(1) 采集空间温湿度数据；(2) 显示温湿度数据；(3) 温湿度数据的无线传输。其设计框图如图 2‑1所示。

图 2‑1 下位机硬件设计框图

2.1 单片机控制系统设计

单片机控制系统为整个系统的控制部分，该部分以STM32F103RCT6单片机为控制器，由时钟电路、复位电路、电源电路、J TAG下载调试电路组成。该系统采用适合于低功耗应用的高速32位处理器STM32F103RCT6，该芯片工作电压为3.3V，具有64个I／O接口，内置高速内存，256KB闪存容量。处理器采用8MHz的无源晶振提供时钟源，通过控制器内部PLL倍频控制寄存器使工作频率提高至72MHz，并同时采用上电自动复位和手动复位两种方式，实现对单片机控制器的上电复位。

2.2 系统供电模块

该系统中的温湿度传感器的工作电压是5V，控制器STM32F103RCT6与无线WIFI通信模块的工作电压是3.3V。因此采用了SMAJ5.0CA稳压管以及FUSE500ma保险丝起到限制电流和热关断的作用，作保护电路。同时该系统采用了asm1117 3.3V的线性稳压芯片产生3.3V的电压，利用以上器件只需极少的外围器件便可构成高效稳定的系统供电电路。下位机系统的供电电路见图 2‑2所示。

图 2‑2 电源电路

2.3 温湿度数据采集模块

该系统采用的温湿度传感器为DHT11数字温湿度传感器，该传感器由一个电阻型湿敏元件和温度传感器组成，采用单线制的串行接口，该温湿度传感器的工作电压为3至5.5V，控制器发出启动信号后传感器工作于高速模式。启动信号结束时，传感器输出40位数据，触发一次温湿度数据采集，采集完成后温湿度传感器的工作模式变为低功耗模式。温湿度传感器处于空闲状态时总线为高电平,工作时需把总线电平拉低。DATA上拉后与微处理器的I/O 端口相连。

1.电路中建议连接线长度短于5m时用4.7K上拉电阻，大于5m时根据实际情况降 低上拉电阻的阻值。

2. 使用3.3V电压供电时连接线尽量短，接线过长会导致传感器供电不足，造成测量偏差。

3. 每次读出的温湿度数值是上一次测量的结果，欲获取实时数据,需连续读取2次，但不建议连续多次读取传感器，每次读取传感器间隔大于2秒即可获得准确的数据。

4. 电源部分如有波动，会影响到温度。如使用开关电源，温度就会跳动。

2.4 系统通信模块

该设计采用的无线WIFI通信模块为Ai —Thinker公司的ESP8266模块，该模块通过串口与单片机控制器进行通信，该模块内置TCP／I P协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换。通过配置单片机控制器的串口即可通过WIFI传输数据。该无线Wl FI 通信模块的工作电压为3.3V，有三种工作模式分别为(1) AP；(2) STA；(3) AP+STA。其中每个工作模式又包含TCP服务器，TCP客户端和UDP种工作子模式。该系统中下位机的WIFI通信模块作为服务器并且采用AP模式。

3 系统软件设计

该系统的软件设计主要分为系统初始化、温湿度检测、参数设置、温湿度数据整理及发送、温湿度信息显示。下位机温湿度数据采集模块的处理如下：对采集得到数据，通过WIFI发送至上位机接收端，通过串口助手实现接收下位机的温湿度数据并汇总显示。

系统上电后进入初始化阶段读取系统参数，温湿度传感器启动并采集温湿度数据，采集所得数据通过无线WIFI模块把数据传输至上位机，通过监测界面显示当前温湿度数据。

4 结论

该系统以STM32F103RCT6单片机、ESP8266无线WIFI传输模块、DHT11温湿度传感器以及串口助手监测界面构成了无线温湿度监测系统。该系统能同步监测空间温湿度的变化。该系统在工农业生产中能发挥重要作用，如粮食存储中，温度与湿度是两个重要指标，必须实时进行监测。该系统具有较好的扩展性，还可广泛应用于需要温湿度监测的场合。

参考文献：

[1] 刘瑞星.单片机原理及应用教程[M].机械工业出版社，2006．

[2] 谭浩强.C语言程序设计[M].北京：清华大学出版社，1991．

[3] 俞云强.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社，2008．

[4] 刘映宏.基于STM32的温湿度测量系统设计[J].电子技术与软

件编程，2011．

[5] 刘博文.ARM Cortex—M3应用开发实例详解[M].电子工业出

版社，2011．

[6] 张云.基于蓝牙技术的传感器微网的研制[D].北京：北京工业

大学，2008．

[7] 陈丹，郑增威.无线传感网络研究综述[J].计算机测量与控

制，2004(12) ：701—704．